CN104159740A - 包含涂布的聚酯膜的层压材料 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种结合材料,其非常适于将聚合物膜例如聚酯膜结合至其他基底。在一个实施方式中,例如,结合材料可以用于将聚酯膜结合至含有乙烯-醋酸乙烯共聚物的层,以形成光伏装置的衬底材料。结合材料通常包括与交联剂结合的聚合物成分。聚合物成分可以包括烯烃羧酸共聚物,例如乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物。在可选的实施方式中,聚合物成分可以包括苯氧基树脂。另一方面,交联剂可以包括噁唑啉聚合物。

Description

包含涂布的聚酯膜的层压材料
相关申请
本申请基于2011年10月14日提交的美国专利申请第61/547,286号并要求其优先权,该申请并入本文以供参考。
背景技术
光伏装置将光能例如阳光转化为电。光伏装置通常包括一个或多个含有半导体材料的太阳能电池。半导体材料可以包括例如硅或任何其他合适的材料。当光能照射于太阳能电池时,半导体材料如果与电路连接,则可以产生电流。相互电连接并安装在支承结构中的多个太阳能电池通常被称为光伏模块。另一方面,光伏阵列可以包括多个模块。
太阳能电池通常放置在透明材料例如玻璃片后面。这些电子元件通常包囊在透明聚合物片之间,最经常被化学交联的乙烯-醋酸乙烯(EVA)共聚物所包囊。另一方面,太阳能电池通常包括意在将电子元件电隔离并保护它们免受环境劣化的衬底材料。衬底材料例如应该表现出耐湿性和/或耐热性。衬底材料还应该能够提供一些结构并应该包括具有电绝缘特性的材料。
过去,衬底材料已包括多种不同类型的层压材料。在一个实施方式中,例如,衬底材料已包括层压至聚酯膜的乙烯-醋酸乙烯共聚物层。乙烯-醋酸乙烯共聚物层表现出对交联EVA包囊层的优异粘合性。另一方面,聚酯膜提供环境保护并且是非常好的电绝缘体。然而,在实现聚酯膜与乙烯-醋酸乙烯共聚物层之间强且水解稳定的粘性结合时遇到了问题。
过去,为改善这两层之间的粘合性,已经提出多种不同的粘合剂。例如,多种现有技术结构公开在美国专利申请公开第2008/0050583号和日本专利申请第2006-332091号中,两者均并入本文以供参考。美国专利申请公开第2010/0215902号也并入本文以供参考,其公开了白色粘合剂打底的聚酯膜,以改善对太阳能电池模块的交联的乙烯-醋酸乙烯包囊层的粘合性。‘902申请已经在领域内提供了很大的提升。然而,仍然需要进一步的改善。
发明内容
本公开内容主要涉及能够施用至聚酯膜以改善聚酯膜与第二聚合层之间的粘合性的涂层。当用于将聚对苯二甲酸乙二醇酯片结合至交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物时,本发明特别有效。特别的优势在于,该粘合剂涂层对由风化造成的劣化特别有耐性,并且能够保持两层之间相对较大量的初始结合强度,即使在暴露于相对较高温度和相对较高湿度水平的环境很多小时之后。涂布的聚酯膜特别适用于构造用于太阳能电池、太阳能模块和太阳能阵列的衬底材料。然而,应当理解,涂布的聚酯膜还具有许多其他用途。
特别的优势在于,本公开内容的涂层组合物还表现出对含有多种填充物的聚酯膜的优异粘合性。例如,在一个实施方式中,聚酯膜可以含有显著量的白色颜料颗粒,例如硫酸钡颗粒。在一个实施方式中,将白色颜料颗粒添加至膜,以提供具有白颜色的膜,使得膜具有大于70的Berger白度,例如大于75,例如大于80。白色颜料颗粒包括在膜中,以使膜具有所期望的反射特性,特别当膜与光伏装置结合使用时。然而,白色颜料颗粒可能趋向于干扰涂层将膜结合至相对的膜或表面的能力。然而,已经发现,即使当聚酯膜含有白色颜料颗粒时,本公开内容的涂层组合物仍是有效的结合剂。
通常而言,施用至聚酯膜的涂层包括与交联剂结合的聚合物成分。聚合物成分可以包括例如烯烃羧酸共聚物,例如乙烯丙烯酸共聚物、乙烯甲基丙烯酸共聚物、或丁烯丙烯酸共聚物。在可选的实施方式中,聚合物成分可以包括苯氧基树脂。另一方面,交联剂可以包括噁唑啉聚合物、碳二亚胺聚合物、环氧、异氰酸酯、或三聚氰胺。在一个实施方式中,例如,交联剂包括噁唑啉聚合物。
在一个实施方式中,聚酯膜至少单向伸展。例如,在一个实施方式中,膜可以双向伸展。为在膜的第一侧形成涂层,将涂层组合物分散在液体载体中并且可以在完成膜的伸展之前施用至膜。例如,在一个实施方式中,可以在使膜在交叉方向上伸展之前施用涂层分散液。在伸展过程中,将涂层组合物加热并加固,以在膜上形成涂层。
除涂布的膜外,本公开内容还涉及层压材料,其包括与第二聚合物膜结合的聚酯膜。在一个实施方式中,第二聚合物膜包含可交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物。然而,在其他实施方式中,第二聚合物膜可以包含多种其他聚合物。例如,第二聚合物膜可以包括聚烯烃聚合物,例如低密度聚乙烯、聚丙烯或其共聚物。在其他实施方式中,第二聚合物膜可以包括离聚物或者可以包括热塑性弹性体。层压材料例如可以用作太阳能电池的衬底材料。根据本公开内容,聚酯膜通过如上所述在两层之间施用涂层而附着于第二聚合物膜。
涂层或结合层能够在聚酯膜与第二聚合物膜之间形成强结合。例如,聚酯膜与第二聚合物膜之间的初始结合强度可以至少为约60N/25mm。
除具有优异的初始结合强度特性外,结合层还能够在层之间保持其结合强度,即使在暴露于相对较高温度和相对较高湿度水平延长时间段之后。例如,在一个实施方式中,在暴露于121℃和100%相对湿度的环境24小时之后,聚酯膜与第二聚合物膜之间的结合强度为初始结合强度的至少约25%,例如为初始结合强度的至少约40%。
上述层压材料可以用作光伏装置的衬底层。在一个实施方式中,例如,光伏装置包括含有半导体材料的层,该半导体材料能够将光能转化为电流。半导体材料可以用透明板覆盖,透明板允许光能到达半导体材料且同时提供保护,例如玻璃板。在半导体材料的另一侧,光伏装置可以包括衬底层,该衬底层包括粘性打底的PET片或上述层压材料。
在以下更详细地讨论本公开内容的其他特征和方面。
附图说明
本发明的完整且能实现的公开内容,包括对本领域技术人员而言其最佳实施方式,在说明书的剩余部分更加具体地阐明,包括对附图的参考,其中:
图1是可以根据本公开内容制造的光伏装置的一个实施方式的透视图;
图2是图1所示的光伏装置的背侧的平面图;
图3是根据本公开内容制造的包括复合衬底层的光伏装置的一个实施方式的截面图;
图4是根据本公开内容制造的涂布的聚合物膜的一个实施方式的截面图。
图5A和5B分别是用于进行下文所述剥离测试的样品制品的平面图和侧视图。
在本说明书和附图中重复使用附图标记是意在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
本领域普通技术人员应该理解,当前的讨论仅是对示例性实施方式的描述,而不意在对本发明的较广方面进行限制。
通常而言,本公开内容涉及涂布的聚合物膜,特别是涂布的聚酯膜。膜上包含的涂层用于将膜附着至其他基底或层。例如,涂层特别适用于将聚酯膜附着至含有交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物的层。可交联的乙烯-醋酸乙烯组合物为本领域技术人员所知。示例性实例包括由Hangzhou First PV Material Company提供的F806EVA和由SpecializedTechnology Resources,Inc.提供的Photocap14520P/UF。尽管涂布的膜可以用在多种应用中,但在一个实施方式中,膜可以层压到含有交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物的层上,并用作光伏装置的复合衬底材料。
参照图1,仅出于示例性的目的,示出光伏装置10。光伏装置10可以包括非常适于将光能例如阳光转化成电的一个或多个太阳能电池。
在图1示出的实施方式中,光伏装置10包括框架14内包含的半导体材料12。半导体材料12包含在透明保护层例如玻璃层的后面。抗反射涂层可以位于玻璃层与半导体材料之间。可以存在抗反射涂层,以减少被反射且没有被光伏装置使用的光量。透明覆盖板保护装置免受元件破坏。
如所示,半导体材料12被划分成可以被认为是单独太阳能电池的单独元件。半导体材料12可以由任何能够将光能转化成电的合适材料制成。例如,可以用于形成半导体材料12的合适材料可以包括晶体硅或非晶硅、铜-铟-镓-硒化物的合金(CIGS)、碲化镉、砷化镓、或有机半导体材料的共混物。
在一个实施方式中,半导体材料12可以包括两个不同的层:(1)N型半导体材料层,和(2)P型半导体材料层。例如,在一个实施方式中,两个层均可以由硅制成。两个层形成P-N结光电二极管。当暴露于阳光时,电子可以从P型层流到N型层。当与外部流路连接时,则建立电流,其可以从光伏装置导出并按需使用。鉴于此,光伏装置可以包括建立电连接的接触栅。
光伏装置例如在图1中示出的光伏装置和多种其他太阳能电池板通常放置在有足量阳光的外部环境中。这样的环境通常具有温到热的温度。环境还可能相对较湿润。为保护光伏装置免受元件破坏,除顶部透明板外,装置通常还包括复合衬底材料。在过去,衬底材料包括层压至聚合物膜例如聚酯膜的含有乙烯-醋酸乙烯共聚物的层。衬底材料将太阳能电池的活性部件与导电线和地面进行电隔离,并保护内部部件免受环境劣化和机械损伤。背板层也可以作用为将入射光反射回到活性部件上,从而进一步增加装置的效率。
参照图2,例如,示出光伏装置10的背侧。如所示,光伏装置包括框架14内包含的复合衬底材料16。在过去,在将聚合物膜例如聚酯膜牢固地结合至其他聚合膜时,遇到了各种问题。鉴于此,本公开内容涉及能够放置在两种材料之间以大大改善粘合性的结合层,特别是当衬底材料在湿润条件下经受延长时间段的高温时。
除在高温和湿润条件下表现出优异粘合特性外,本公开内容的结合层还能够将含有相对较大量的无机颜料颗粒的聚酯膜与相对的聚合物膜结合在一起。例如,在过去,对聚酯膜装载所需量的颜料颗粒和其他填充物颗粒引起与粘合剂涂层或其他聚合物层形成结合的能力减弱的表面形态。白色颜料颗粒通常添加至聚酯膜,使得当与光伏装置一起使用时,膜会对光进行反射。特别的优势在于,本公开内容的结合层特别适用于将聚酯膜结合至其他聚合物膜层,即使在聚酯膜含有颜料颗粒例如硫酸钡颗粒时。
在一个实施方式中,本公开内容的结合材料可以在将聚合物膜层压至聚合层之前施用于聚合物膜,以作为涂层。通常而言,结合材料可以用于将多个不同的聚合膜结合在一起。例如,在一个实施方式中,结合材料可以用于将聚酯膜与含有交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物的层结合在一起。在其他实施方式中,聚合层可以包括任何适当的热塑性聚合物,例如聚烯烃。例如,聚合层可以包括聚乙烯,例如线性低密度聚乙烯、聚丙烯、其混合物、及其共聚物。在其他实施方式中,聚合层可以包含一种或多种离聚物或弹性体。
本公开内容的结合材料对PET和第二聚合物层两者均表现出优异的初始结合强度,并且在暴露于高加速应力测试(HAST)条件后表现出优异的保持结合强度。据信因结合材料与聚合物层之间的较好机械和化学相容性以及与聚合物层和PET表面两者的很多强共价键而实现较好的初始结合强度。进行HAST测试以在较短的时间范围内模拟环境老化的长期效果。据信HAST测试之后的优异的保持结合强度得自于当涂层与PET表面以及聚合物层反应时产生的较强且水解稳定的结合。此外,据信结合层中利用的组分的疏水性质使HAST老化过程中结合界面处的水分子的溶解度和浓度最小化,从而进一步增强结合界面的水解稳定性。
本公开内容的结合材料表现出优异的初始结合强度。例如,聚合物膜层与含有交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物的层之间的初始结合强度或剥离强度可以大于约50N/25mm,例如大于约60N/25mm,例如大于约70N/25mm。在一个实施方式中,例如,初始结合强度可以为约35N/25mm至约80N/25mm。
为确定根据本公开内容的结合材料的剥离强度,首先制备图5A和5B中所示的样品。如所示,样品包括位于两个聚酯膜层50与52之间的可交联的乙烯-醋酸乙烯层54。释放片56放置在聚酯膜层50与乙烯-醋酸乙烯层54之间。释放片可以包括例如涂布有碳氟化合物例如TEFLON聚合物的织物。
在使这些层如图5A和5B所示一起时,将样品放置在真空压机中以进行层压。使层压材料经受真空1.5分钟,之后在施加1bar大气压时将样品保持在真空下19.5分钟。在该循环过程中,层压材料从室温加热至150℃,并在150℃下保持约18分钟。在该加热循环过程中,EVA的交联成分被活化,且EVA层交联。在循环结束时,打开压机,并将层压材料移出并冷却。
在层压材料样品如图5A所示进行制备时,将其切割成25mm宽的测试条。通过在样品中包括释放片56,在各个测试条中得到聚酯膜50的无粘边缘。
之后将各个测试条放置在Instron拉伸测试机中。具体而言,将聚酯膜50的设置有释放片56的自由边缘放置在一个颚(jaw)中,并且把由乙烯-醋酸乙烯层54和聚酯膜52组成的样品的相对部分放置在相对颚中。将铝衬底板固定在与PET层压材料的上部邻近的上夹具(grip)中。该板在剥离样品后面垂下并迫使包括粘性结合的材料的片(tab)与夹紧的片平行地向下弯曲。将Instron机器设定为每分钟100mm的速率,并进行180°剥离测试。当达到稳定状态条件时,记录平均剥离力。机器示出每25mm层压材料宽度以牛顿力为单位的剥离强度。对于各个层压材料,进行至少6个、但是通常为8~10个剥离测试,以确定平均剥离力。
除表现出较好的初始结合强度外,本公开内容的结合材料还能够保持大部分的初始结合强度,即使在经受HAST老化时。例如,结合材料能够保持其初始结合强度的至少25%,即使在暴露于121℃和100%RH的环境24小时时。例如,当经受以上条件时,结合材料可以保持高于30%、例如高于40%、例如甚至高于50%的其初始结合强度。
参照图3,示出根据本公开内容制造的衬底材料16的一个实施方式。如所示,衬底材料16位于交联EVA的邻近,该交联EVA包囊光伏装置内包含的半导体材料12。
如所示,衬底材料16包括聚合物膜18,其可以包括聚酯膜。为使聚合物膜18附着于层20,使结合层22位于层20与聚合物膜18之间。如图4所示,在一个实施方式中,结合层22可以包括在将聚合物膜18层压至含有乙烯-醋酸乙烯共聚物的层之前施用至聚合物膜18的涂层。
根据本公开内容,结合层22包括与交联剂结合的聚合物成分。在一个实施方式中,聚合物成分包括烯烃羧酸共聚物。例如,烯烃羧酸共聚物可以是乙烯类、丁烯类或丙烯类。烯烃羧酸共聚物的具体实例包括乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、和丁烯-丙烯酸共聚物。
在可选的实施方式中,聚合物成分可以包括苯氧基树脂。
如上所述,聚合物成分与交联剂结合。交联剂包括至少一种带有能进入交联反应的反应基团的水混溶或水分散性成分,例如具有噁唑啉基团、碳二亚胺基团、环氧基团、异氰酸酯基团或三聚氰胺的聚合物。如本文所用,上述聚合物是指噁唑啉聚合物、碳二亚胺聚合物、环氧(epoxies)、异氰酸酯或三聚氰胺。其中,特别优选具有噁唑啉或碳二亚胺基团的聚合物。
含有噁唑啉基团的聚合物是通过a)根据结构式(I)~(III)的噁唑啉衍生物与b)至少一种其它共聚单体的加成聚合反应而形成的大分子化合物。
在上述的结构式(I)~(III)中,R1、R2、R3和R4基团可以各自独立地表示氢原子、卤原子、烷基、芳烷基、苯基或被取代的苯基。R5是含有可聚合双键的非环状基团。
卤原子的实例是氟、氯、溴和碘,优选为氯和溴。烷基的实例为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、戊基和己基。芳烷基被理解为是指含有链长度为1~5个碳原子的烷基的那些基团,例如苄基、苯乙基、二苯甲基和萘甲基。被取代的苯基可以是例如氯代苯基、溴代苯基、甲氧基苯基、乙氧基苯基、甲基氨基苯基、乙基氨基苯基、二甲基氨基苯基、甲基乙基氨基苯基和二乙基氨基苯基。具有可聚合双键的非环状基团的实例是乙烯基和异丙烯基。
噁唑啉衍生物a)的实例包括2-乙烯基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-甲基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-甲基-2-噁唑啉、2-异丙烯基-2-噁唑啉、2-异丙烯基-4-甲基-2-噁唑啉和2-异丙烯基-5-乙基-2-噁唑啉。为制备带有噁唑啉基团的聚合物,可以单独使用噁唑啉衍生物a)或以两种或更多种所提及化合物的组合进行使用。在所提及的噁唑啉衍生物中,特别优选2-异丙烯基-2-噁唑啉。
所使用的共聚单体(b)原则上可以是所有可与噁唑啉衍生物a)共聚合的化合物。共聚单体b)的实例是:甲基丙烯酸酯,例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸-2-乙基己酯;不饱和的羧酸,例如甲基丙烯酸、衣康酸和丙二酸;不饱和的腈,例如甲基丙烯腈;不饱和的酰胺,例如甲基丙烯酰胺和N-羟甲基甲基丙烯酰胺;乙烯酯,例如醋酸乙烯酯和丙酸乙烯酯;乙烯醚,例如甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚;α-烯烃,例如乙烯、丙烯;卤化α,β-不饱和化合物,例如氯乙烯、偏氯乙烯和氟乙烯;以及α,β-不饱和芳香族化合物,例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯。所提及的共聚单体b)可以单独使用或以2种或更多种化合物的组合进行使用。
含有噁唑啉基团的聚合物可以例如通过将噁唑啉衍生物a)、至少一种共聚单体b)和自由基引发剂例如过氧化苯甲酰或偶氮异丁腈加入到适当的水混溶有机溶剂中并加热所得溶液而制备。在聚合结束后,可以加入水并通过蒸馏完全地或部分地移除有机溶剂,留下含有噁唑啉基团的水性聚合物分散液,其直接适合于制备本发明的涂层溶液。
或者,也可以例如使用正丁基锂使噁唑啉衍生物a)和共聚单体b)例如进行阴离子聚合。
干燥聚合物中噁唑啉基团的含量通常为0.5~10mmol/g,优选为1.5~8mmol/g。干燥聚合物的玻璃转化温度为0~100℃,优选为20~95℃。
适当的含有噁唑啉基团的水性聚合物分散液可以以的名称从Nippon Shokubai(日本)购买得到。在本文中,来自上述制造商的“WS”系列的水溶性且不含溶剂的产品特别适用于本发明的涂层溶液。
含有碳二亚胺基团的聚合物是每分子带有至少两个碳二亚胺基团的大分子化合物,其可以通过二异氰酸酯在催化剂的存在下的缩聚作用而制备。相应的方法是现有技术,并尤其记载在EP-A-0 878 496(其美国同族是U.S.专利第6,124,398号)中。用于制备含有碳二亚胺基团的聚合物的合适起始原料为芳香族、脂肪族和脂环族二异氰酸酯,例如甲苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基二异氰酸酯。含有碳二亚胺基团的聚合物还可以包含表面活性剂、聚烯化氧(polyalkylene oxide)或亲水单体,例如季铵盐、二烷基氨基醇和羟基烷基磺酸,以改善溶解性或分散性。
含有环氧基团的聚合物是例如双酚-表氯醇类聚合物、环脂族聚合环氧化物、基于Novolac的环氧化合物、环氧-烯烃聚合物、基于多元醇-缩水甘油基化合物的环氧化合物、和环氧硅烷聚合物。特别适合的是聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、丙三醇多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷多缩水甘油醚、山梨糖醇多缩水甘油醚和双酚A二缩水甘油醚。
含有异氰酸酯基团的聚合物是聚异氰酸酯,例如2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-联苯二异氰酸酯、3,3’-二甲氧基-4,4’-联苯二异氰酸酯、3,3’-二氯-4,4’-联苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、1,5-四氢萘二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1,3-环己基二异氰酸酯、1,4-环己基二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、氢化的二甲苯二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’-二环己基二异氰酸酯、3,3-二甲基-4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、以及来自上述化合物与异氰脲酸酯或缩二脲型的三官能团聚异氰酸酯或二元醇或更高多元醇的反应的具有异氰酸酯端基的聚合物。
三聚氰胺被理解为是指能够通过羟甲基三聚氰胺衍生物(可以通过三聚氰胺和甲醛的缩合而得到)与低级醇例如甲醇、乙醇和异丙醇(或这些醇的混合物)的反应而制备的化合物。羟甲基三聚氰胺衍生物的实例是单羟甲基三聚氰胺、二羟甲基三聚氰胺、三羟甲基三聚氰胺、四羟甲基三聚氰胺、五羟甲基三聚氰胺和六羟甲基三聚氰胺。
除聚合物成分和交联剂之外,涂层组合物还可以包含多种其他成分。在一个实施方式中,例如,涂层可以包含一种或多种防粘连剂(antiblocking agent)。例如,防粘连剂可以包括无机和/或有机颗粒。防粘连剂的具体实例包括二氧化硅、碳酸钙和氧化铝。
结合层或涂层中成分的相对含量可以根据多种因素而变化。在一个实施方式中,例如,聚合物成分可以以约40重量%至约99重量%的量包含在涂层或结合层中,例如约60重量%至约99重量%。另一方面,偶联剂可以以约0.01重量%至约40重量%的量存在于涂层中,例如约0.1重量%至约30重量%。
聚酯膜上的干燥涂层通常可以具有约5nm至约500nm的厚度。例如,干燥涂层可以具有约10nm至约100nm的厚度,例如约10nm至约60nm。另一方面,聚酯膜通常可以具有约5mil至约15mil的厚度。
结合层可以使用任何适当的技术或方法形成在聚合物膜上。在一个实施方式中,结合层的成分包含在水性组成中并在形成聚合物膜时施用至聚合物膜。涂层组合物例如可以具有约5%至约30%固体,例如约12%至约25%固体。
在图4所示的实施方式中,仅聚合物膜18的一侧涂布有结合层22。然而,应当理解,在其他实施方式中,聚合物膜的两侧均可以被涂布。以这种方式,聚合物膜可以在任一侧层压到相同或不同的基底。当形成光伏装置时,例如,涂布聚合物膜的两侧可能是有用的,从而将膜在一侧结合至含有乙烯-醋酸乙烯共聚物的层并在另一侧结合至多种电气装置例如接线盒。例如可以使用接线盒来将正在被光伏装置生成的电流引导至下游终端用途。
如图4所示的聚合物膜18通常可以包括任何合适的聚合物。例如,聚酯膜特别适用于本公开内容。用于构造膜的聚酯可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。聚合物膜还可以包括共聚多酯,例如聚对苯二甲酸间苯二甲酸乙二醇酯。通常而言,任何基于聚合物的聚酯膜得自二醇(glycol或diol)与二羧酸(或其酯类等同物)的缩聚作用,二羧酸为例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、癸二酸、丙二酸、己二酸、壬二酸、戊二酸、辛二酸、琥珀酸或其混合物。合适的二醇包括乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、以及多元醇例如丁二醇等。以上两种或更多种的混合物也是合适的。
任意以上类的聚合物膜可以包含常规添加剂例如抗氧化剂、消光剂、颜料、填充物(例如二氧化硅、碳酸钙、高岭土、二氧化钛)、抗静电剂等或其混合物。在一个实施方式中,例如,填充物可以以足以使膜着色并增加膜的不透明度的方式存在于聚合物膜中。在一个实施方式中,例如,膜可以包括使膜具有白色外观的填充物。可以使用的一种填充物例如是硫酸钡。硫酸钡可以以约5重量%至约30重量%的量存在于膜中,例如约15重量%至约25重量%。
对于白度的进一步增加,可以任选地将适当的光学增白剂添加至着色膜(在多层结构中优选添加至着色层)。适当的光学增白剂是例如KS(来自Clariant,德国)或OB-1(来自Eastman,USA)。
膜还可以在一个或多个层中包括作为防粘连剂的颗粒。典型的防粘连剂是无机和/或有机颗粒,例如二氧化硅(沉淀的或烟状的)、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、硫酸钙、磷酸锂、磷酸钙、磷酸镁、高岭土(水合的或煅烧的)、氧化铝、硅酸铝、氟化锂,所使用二羧酸的钙盐、钡盐、锌盐或锰盐,或交联的聚合物颗粒例如聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯颗粒。
此外,还可以选择两种或更多种颗粒体系的混合物、或具有相同化学组成但粒径不同的颗粒体系的混合物作为防粘连剂。
当颗粒作为防粘连剂存在于膜层中时,基于改性层的总重量,这些颗粒的总浓度少于20重量%,优选少于15重量%,且更优选少于5重量%。颗粒具有0.01~15μm的平均尺寸,优选为0.03~10μm,且更优选为0.05~5μm。
膜还可以包括添加剂例如UV稳定剂、阻燃剂、水解稳定剂和抗氧化剂。
UV稳定剂,即作为光稳定剂的UV吸收剂,是可以干预光诱导的聚合物降解的物理和化学过程的化合物。合适的UV稳定剂是例如2-羟基二苯甲酮、2-羟基苯并***、有机镍化合物、水杨酸酯、肉桂酸酯衍生物、间苯二酚单苯甲酸酯、草酰替苯胺、羟基苯甲酸酯、苯并噁嗪酮、空间位阻胺和三嗪,优选为2-羟基苯并***、苯并噁嗪酮和三嗪。在特别优选的实施方式中,本发明的膜包括作为UV稳定剂的0.1~5.0重量%的式的2-(4,6-二苯基[1,3,5]三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚或0.1~5.0重量%的式的2,2’-亚甲基双[6-苯并-***-2-基]-4-(1,1,2,2-四甲基丙基)苯酚或0.1~5.0重量%的式的的2,2’-(1,4-亚苯基)双([3,1]苯并噁嗪-4-酮)。
在其他实施方式中,还可以使用这些UV稳定剂的混合物或至少一种这些UV稳定剂与其他UV稳定剂的混合物,其中,基于膜的重量,光稳定剂的总浓度优选为0.1~5.0重量%,更优选为0.5~3.0重量%。
膜可以通过任意本领域熟知的技术来制备。例如,通常将聚酯熔融并作为无定型片挤压到抛光的旋转铸鼓上,以形成聚合物的铸造片。将该片快速冷却,然后在一个或多个方向上伸展或取向,以向膜赋予强度和韧性。例如,该片可以单向伸展或双向伸展。
在挤压过程中,膜的温度通常在约300℃以下。例如,挤压过程中的温度可以为约275℃至约295℃。
膜的伸展通常可以在膜被制造时发生,尽管伸展也可以线下(offline)进行。双向伸展,例如,通常相继进行,但是也可以同时进行。当相继进行时,通常首先纵向(机器方向上)然后横向(与机器方向垂直的横向上)进行伸展。使膜伸展引起聚合物链的空间取向。纵向伸展可以在以与所期望的伸展率相应的不同速度旋转的两个辊的帮助下进行。对于横向伸展,可以使用合适的拉幅机(tenter frame),其中将膜夹在两个边缘处,然后在升温下拉向两侧。
通常而言,伸展发生的温度范围为,从大约聚合物的二级转变温度到聚合物软化并熔融的温度以下。在一个实施方式中,例如,纵向伸展可以在约80℃至约130℃的温度范围内进行,而横向伸展可以在约90℃至约150℃的温度范围内进行。
纵向伸展率通常可以在约2:1至约6:1的范围内,例如约2:1至约5:1。横向伸展率也通常为约2:1至约6:1,例如约3:1至约5:1。
当需要的时候,膜还可以在伸展之后进行加热处理,以通过使膜进一步结晶而锁定特性。结晶向膜赋予稳定性和较好的拉伸特性。例如,热处理通常可以在约150℃至约250℃的温度进行,例如约190℃至约240℃。本公开内容的涂布的膜例如可以暴露于约210℃至约250℃温度的热持续约1至约20秒的时间。
聚合物膜通常可以具有约2mil至约15mil的厚度,例如约2mil至约10mil,例如约2mil至约8mil。
为涂布根据本公开内容的膜,在一个实施方式中,将涂层组合物线内(in-line)施用至膜。具体而言,在膜被制造时且在膜已完全伸展或热固之前,将涂层组合物施用至膜。例如,在一个实施方式中,涂层组合物可以在电晕处理之后在伸展取向之前施用至聚合物膜。在一个具体实施方式中,例如,涂层组合物可以在纵向伸展步骤之后但在横向伸展步骤之前通过水性分散的方式线内施用至膜。
除线内涂布之外,涂层组合物也可以在线下施用至膜。因此,涂层组合物可以在膜已被制造并冷却之后施用至膜。当涂布膜的两侧时,例如,膜的一侧可以线内涂布,而膜的另一侧可以线下涂布。
所得的涂布的膜可以用在多种不同的应用中。如图1~3所示,例如,在一个实施方式中,膜可以层压至含有交联的乙烯-醋酸乙烯共聚物的层并用作光伏装置的衬底材料。然而,应该意识到,涂布的膜可以层压至其他多种装置和结构。
实施例1
把用18%硫酸钡填充的PET丸粒引入到单螺杆挤压机中,在该处它们被加热并压缩成熔融状态。该熔融体经缝式模具挤压并浇铸在保持为约20℃的铸辊上,在该处将其固化成无定型预备膜。将该预备膜在95℃以3.6:1的伸展率进行纵向伸展。经伸展的膜在电晕处理机(Enercon Industries)下通过,并以1.5W/ft2.min进行电晕处理。随后,用含有20重量%固体含量的水性分散液(基于干燥涂层,其含有50重量%的Michem Prime4983R(Michelman)乙烯-丙烯酸共聚物分散液和50重量%EPOCROS WS700(Nippon Shokubai,Japan)噁唑啉交联剂)经反向凹版涂布辊来涂布纵向伸展的膜。之后将纵向干燥的膜在约100℃干燥,然后以4.3:1的伸展率横向伸展,以得到双向取向的膜。将双向伸展的膜在230℃热固。最终的膜厚度为250μm。干燥涂层的厚度根据涂层制剂的固体含量、涂层厚度(湿)和横向伸展因子而计算为55nm。
将涂布的膜通过本公开内容中教导的步骤引入到层压结构中。使用F806EVA(Hangzhou First PV Material Company)和Photocap14520P/UF EVA(Specialized Technology Resources,Inc.)来制备剥离测试层压材料。在如上制备的测试件上进行剥离测试。测试件还在121℃和100%RH进行24小时HAST老化,并在之后通过本公开内容中教导的步骤来测试保持粘合强度。对于初始粘合性和保持粘合性的平均剥离力总结在表1中。涂布的膜在初始时对交联的EVA层表现出非常好的粘合性,并在HAST老化步骤之后表现出较好的保持粘合性。
实施例2
把用18%硫酸钡填充的PET丸粒引入到单螺杆挤压机中,在该处它们被加热并压缩成熔融状态。该熔融体经缝式模具挤压并浇铸在保持为约20℃的铸辊上,在该处将其固化成无定型预备膜。将该预备膜在95℃以3.6:1的伸展率进行纵向伸展。经伸展的膜在电晕处理机(Enercon Industries)下通过,并以1.5W/ft2.min进行电晕处理。随后,用含有20重量%固体含量的水性分散液(基于干燥涂层,其含有50重量%的Michem Prime4983R(Michelman)乙烯-丙烯酸共聚物分散液和50重量%EPOCROS WS700(Nippon Shokubai,Japan)噁唑啉交联剂)经反向凹版涂布辊来涂布纵向伸展的膜。之后将纵向干燥的膜在约100℃干燥,然后以4.3:1的伸展率横向伸展,以得到双向取向的膜。将双向伸展的膜在230℃热固。最终的膜厚度为125μm。干燥涂层的厚度根据涂层制剂的固体含量、涂层厚度(湿)和横向伸展因子而计算为55nm。
将涂布的膜通过本公开内容中教导的步骤引入到层压结构中。使用F806EVA(Hangzhou First PV Material Company)和Photocap14520P/UF EVA(Specialized Technology Resources,Inc.)来制备剥离测试层压材料。在如上制备的测试件上进行剥离测试。测试件还在121℃和100%RH进行24小时HAST老化,并在之后通过本公开内容中教导的步骤来测试保持粘合强度。对于初始粘合性和保持粘合性的平均剥离力总结在表1中。涂布的膜在初始时对交联的EVA层表现出非常好的粘合性,并在HAST老化步骤之后表现出较好的保持粘合性。
实施例3
把用18%硫酸钡填充的PET丸粒引入到单螺杆挤压机中,在该处它们被加热并压缩成熔融状态。该熔融体经缝式模具挤压并浇铸在保持为约20℃的铸辊上,在该处将其固化成无定型预备膜。将该预备膜在95℃以3.6:1的伸展率进行纵向伸展。经伸展的膜在电晕处理机(Enercon Industries)下通过,并以1.5W/ft2.min进行电晕处理。随后,用含有22重量%固体含量的水性分散液(基于干燥涂层,其含有15重量%的PKHW-38苯氧基树脂(InChem Corp.)共聚物分散液和85重量%的EPOCROS WS700(Nippon Shokubai,Japan)噁唑啉交联剂)经反向凹版涂布辊来涂布纵向伸展的膜。之后将纵向干燥的膜在约100℃干燥,然后以4.3:1的伸展率横向伸展,以得到双向取向的膜。将双向伸展的膜在230℃热固。最终的膜厚度为250μm。干燥涂层的厚度根据涂层制剂的固体含量、涂层厚度(湿)和横向伸展因子而计算为55nm。
将涂布的膜通过本公开内容中教导的步骤引入到层压结构中。使用F806EVA(Hangzhou First PV Material Company)和Photocap14520P/UF EVA(Specialized Technology Resources,Inc.)来制备剥离测试层压材料。在如上制备的测试件上进行剥离测试。测试件还在121℃和100%RH进行24小时HAST老化,并在之后通过本公开内容中教导的步骤来测试保持粘合强度。对于初始粘合性和保持粘合性的平均剥离力总结在表1中。涂布的膜在初始时对交联的EVA层表现出非常好的粘合性,并在HAST老化步骤之后表现出较好的保持粘合性。
实施例4
把用18%硫酸钡填充的PET丸粒引入到单螺杆挤压机中,在该处它们被加热并压缩成熔融状态。该熔融体经缝式模具挤压并浇铸在保持为约20℃的铸辊上,在该处将其固化成无定型预备膜。该预备膜在95℃以3.6:1的伸展率进行纵向伸展。经伸展的膜在电晕处理机(Enercon Industries)下通过,并以1.5W/ft2.min进行电晕处理。随后,用含有22重量%固体含量的水性分散液(基于干燥涂层,其含有15重量%的PKHW-38苯氧基树脂(InChem Corp.)共聚物分散液和85重量%的EPOCROS WS700(Nippon Shokubai,Japan)噁唑啉交联剂)经反向凹版涂布辊来涂布纵向伸展的膜。之后将纵向干燥的膜在约100℃干燥,然后以4.3:1的伸展率横向伸展,以得到双向取向的膜。将双向伸展的膜在230℃热固。最终的膜厚度为125μm。干燥涂层的厚度根据涂层制剂的固体含量、涂层厚度(湿)和横向伸展因子而计算为55nm。
将涂布的膜通过本公开内容中教导的步骤引入到层压结构中。使用F806EVA(Hangzhou First PV Material Company)和Photocap14520P/UF EVA(Specialized Technology Resources,Inc.)来制备剥离测试层压材料。在如上制备的测试件上进行剥离测试。测试件还在121℃和100%RH进行24小时HAST老化,并在之后通过本公开内容中教导的步骤来测试保持粘合强度。对于初始粘合性和保持粘合性的平均剥离力总结在表1中。涂布的膜在初始时对交联的EVA层表现出非常好的粘合性,并在HAST老化步骤之后表现出较好的保持粘合性。
比较例1
将WSAC PET膜(Mitsubishi Polyester Films Inc.),即市售为PV模块的背板材料的250μm白色涂布PET,通过本公开内容中教导的步骤引入到层压结构中。使用F806EVA(Hangzhou First PV MaterialCompany)和Photocap14520P/UF EVA(Specialized TechnologyResources,Inc.)来制备剥离测试层压材料。在如上制备的测试件上进行剥离测试。测试件还在121℃和100%RH下进行24小时HAST老化,并在之后通过本公开内容中教导的步骤来测试保持粘合强度。对于初始粘合性和保持粘合性的平均剥离力总结在表1中。涂布的膜在初始时对交联的EVA层表现出较好的粘合性,但是在HAST老化步骤之后表现出较差的保持粘合性。
本发明的这些和其他修改和变化可以由本领域普通技术人员来实施,而不脱离本发明的宗旨和范围,本发明的宗旨和范围更具体地在所附权利要求中说明。此外,应当理解,各个实施方式的各方面可以全部或部分地进行交换。此外,本领域普通技术人员将意识到,以上的说明仅是示例的方式,而不意在限制这些所附权利要求中进一步记载的发明。

Claims (24)

1.一种涂布的膜,包括:
具有第一侧和第二侧的聚酯膜,所述聚酯膜已双向伸展;以及
在所述聚酯膜的第一侧上的涂层,所述涂层包括聚合物成分和交联剂,所述聚合物成分包括烯烃羧酸共聚物或苯氧基树脂,所述交联剂包括噁唑啉、碳二亚胺、环氧、异氰酸酯或三聚氰胺。
2.根据权利要求1所述的涂布的膜,其中所述涂层中包含的聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物。
3.根据权利要求2所述的涂布的膜,其中所述涂层中包含的交联剂包括噁唑啉聚合物。
4.根据权利要求1所述的涂布的膜,其中所述涂层中包含的聚合物成分包括苯氧基树脂。
5.根据权利要求1所述的涂布的膜,其中包括所述聚酯的第一聚合物膜包含足以向第一膜提供白颜色的颜料颗粒。
6.根据权利要求5所述的涂布的膜,其中所述白色颜料颗粒包括硫酸钡颗粒,且其中所述第一聚合物膜具有大于约70的Berger白度。
7.根据权利要求1所述的涂布的膜,其中所述聚酯膜的厚度为约2mil至约15mil,且所述涂层的厚度为约10nm至约60nm。
8.一种白色聚酯膜,其包括聚酯和在所述膜的至少一个表面上的涂层,所述涂层包括交联剂和聚合物成分,所述聚合物成分包括烯烃羧酸共聚物或苯氧基树脂,所述交联剂包括噁唑啉、碳二亚胺、环氧、异氰酸酯或三聚氰胺。
9.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中结合层中包含的所述聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯甲基丙烯酸共聚物。
10.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中结合层中包含的所述聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物。
11.根据权利要求10所述的白色聚酯膜,其中结合层中包含的所述交联剂包括噁唑啉聚合物。
12.根据权利要求9所述的白色聚酯膜,其中所述交联剂包括由a.至少一种根据结构式(I)~(III)之一的噁唑啉衍生物与b.至少一种其他共聚单体形成的噁唑啉聚合物,
其中,结构式(I)~(III)中的R1、R2、R3和R4基团各自独立地表示氢原子、卤原子、烷基、芳烷基、苯基或被取代的苯基,且R5是具有可聚合双键的非环状基团。
13.根据权利要求12所述的白色聚酯膜,其中所述共聚单体(b)包括一种或多种以下化合物:甲基丙烯酸酯、不饱和羧酸、不饱和亚硝酸酯、不饱和酰胺、乙烯酯、乙烯醚、α-烯烃、卤化的α,β-不饱和化合物或α,β-不饱和芳香族化合物。
14.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中结合层中包含的所述聚合物成分包括苯氧基树脂。
15.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中所述聚酯膜包含白色颜料颗粒,所述白色颜料颗粒包括硫酸钡颗粒,且其中所述聚酯膜具有大于约70的Berger白度。
16.根据权利要求15所述的白色聚酯膜,其中结合层中包含的所述聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物,且其中所述交联剂包括噁唑啉聚合物。
17.一种光伏装置,包括:
具有背板的太阳能电池,所述背板包括层压到交联的乙烯-醋酸乙烯层上的如权利要求8所述的白色聚酯膜。
18.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中第一聚合物膜包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的双向伸展的膜。
19.根据权利要求8所述的白色聚酯膜,其中所述聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物,且所述交联剂包括噁唑啉聚合物,所述聚酯膜已双向伸展,所述涂层的厚度为约10nm至约60nm。
20.一种层压材料,包括:
聚酯膜;
在所述聚酯膜的第一侧上的涂层,所述涂层包括聚合物成分和交联剂,所述聚合物成分包括烯烃羧酸共聚物或苯氧基树脂,所述交联剂包括噁唑啉、碳二亚胺、环氧、异氰酸酯或三聚氰胺;以及
与所述聚酯膜结合的聚合物层,所述涂层位于所述聚酯膜与所述聚合物层之间,所述涂层将所述聚合物层结合至所述聚酯膜。
21.根据权利要求20所述的层压材料,其中所述聚合物层包括聚烯烃。
22.根据权利要求20所述的层压材料,其中所述聚合物层包括聚烯烃膜。
23.根据权利要求21所述的层压材料,其中所述聚烯烃包括聚乙烯或聚丙烯。
24.根据权利要求20所述的层压材料,其中所述涂层中包含的聚合物成分包括乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物,其中所述涂层中包含的交联剂包括噁唑啉聚合物,且其中所述涂层中包含的聚合物成分包括苯氧基树脂。
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